Monitorización de consumos reales y sistemas de telegestión de datos. Identificación de

medidas potenciales de ahorro

JORNADA Eficiencia Energética en el Entorno Urbano -Desarrollo Sostenible

ESIDE (Universidad de Deusto), Bilbao 23 de septiembre de 2015

Índice

• Presentación • Sistemas de Monitorización y Telemando en el entorno

urbano. Necesidad. • Visión energética a corto / medio plazo del entorno urbano:

Edificios / Áreas, Redes y Ciudades Energéticamente Inteligentes

• Sistemas de Monitorización Energética y Telemando Funciones y Medidas Potenciales de Ahorro

• Ámbitos de Aplicación • Arquitectura y Tecnología • Conclusiones

Sede Central - Parque Tecnológico (Paterna)

Laboratorio de Potencia Fuente del Jarro (Paterna)

Laboratorio de Alta Tensión Universidad Politécnica Valencia (Valencia)

Sobre ITE

El Instituto Tecnológico de la Energía, ITE, es un Centro Tecnológico privado sin ánimo de lucro, fundado en 1994 y con sede en Valencia cuyos fines son:

el fomento de la I+D en el ámbito de la energía,

el incremento de la calidad de producción

la contribución al progreso de la tecnología y la competitividad de las empresas.

Forma parte de la Red de Institutos Tecnológicos de la Comunitat Valenciana (REDIT)

Lo que no se define no se puede medir.

Lo que no se mide , no se puede mejorar.

Lo que no se mejora, se degrada siempre.

(William Thomson, Lord Kelvin)

¿Por qué monitorizar los consumos?

¿Para qué Sistemas de Monitorización Energética y Telemando en el entorno urbano?

La Monitorización energética y Telemando: • Permiten conocer el uso y estado energético de edificios e

infraestructuras, que van a incorporar capacidades de generación y almacenamiento.

• Permiten identificar acciones de mejora energética. • Permiten implementar acciones activas de gestión

energética • Habilitan la interacción con el entorno. Los edificios e

infraestructuras ejercerán una interacción mayor con su entorno, usuarios y gestores.

• Son imprescindibles para la integración y gestión energética de los edificios e infraestructuras urbanas a niveles superiores

Visión energética a corto / medio plazo

Nuevos conceptos globales fomentan a corto / medio plazo la Eficiencia Energética en los entornos urbanos:

Edificios Energéticamente Inteligentes

Áreas Energéticamente Inteligentes

Redes Inteligentes

Ciudades Energéticamente Inteligentes

Fuente: Comisión Europea

Visión energética a corto / medio plazo: Edificios nZEB

Concepto de Edificios nZEB

Edificio de Energía Neta Cero (net Zero-Energy Building) : Edificio en el que se ha reducido en gran medida su demanda energética, cubriendo la restante con energías renovables. Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition, National Renewable Energy Laboratory, DOE, 2006

Edificio cercano a Energía Cero (nearly Zero-Energy Building): “Edificio que tiene un alto rendimiento energético. La cantidad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, producidas en el mismo o en un sitio cercano” Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) requiere que en 2020 todos los nuevos edificios sean nZEB.

Concepto Área Energética Positiva

Extensión del concepto anterior de edificios a áreas, por ejemplo Vecindarios Positivos en los que su demanda energética sea la menor posible y en la mayor medida se vea cubierta por fuentes renovables del mismo lugar o ubicación cercana

Visión energética a corto / medio plazo: Smartgrids

Redes Energéticas Inteligentes • Integrarán, junto con la generación convencional concentrada, fuentes de energía renovables

y altamente distribuidas, priorizando estas últimas. • Integrarán elementos de almacenamiento energético. • Integrarán al vehículo eléctrico (con capacidad no sólo de consumo, sino también de

almacenamiento) • La gestión de la red y de la energía tendrá un alto grado de automatización .

Fuente: European Technology Platforms SmartGrid

La concentración de la población, del consumo energético, de las emisiones contaminantes, de la actividad humana en general y económica en particular, en una superficie muy pequeña del planeta, ofrece una serie de ventajas y oportunidades, pero también genera problemas de muy variada índole. El modelo de Smart City persigue potenciar las primeras y paliar los segundos. El concepto de Smart City propuesto por la Comisión Europea en la hoja de ruta de “European initiative on Smart Cities” abarca:

• Mejora de las redes energéticas. • Mejora energética en la edificación y sus usos. • Movilidad y transporte.

http://setis.ec.europa.eu/about-setis/technology-roadmap/european-initiative-on-smart-cities Smart City como ciudad sostenible = ciudad energéticamente inteligente y sostenible orientada al ciudadano, que ofrece :

• Servicios y prestaciones que elevan la calidad de vida de sus habitantes, • Permite a la ciudad incrementar su competitividad y capacidad para crecer

económicamente.

Visión energética a corto / medio plazo: Smartcities

Visión energética a corto / medio plazo

Situación y tendencia actual: Edificios - objetivos de implantación de elevada componente de monitorización y control energético. Conjunto de la Ciudad – objetivos con mayor foco en servicios TIC al ciudadano, con menor relevancia de la gestión energética. Enlazando la ciudad con los edificios se encuentran las Redes Inteligentes que pretenden la automatización de las redes de suministro energético tanto de ciudades como edificios.

nZEB Ciudad Energéticamente

Inteligente Redes Inteligentes

Sistema de monitorización energético y telemando

Las funciones Básicas son: • Monitorización de estado

energético • Indicadores energéticos • Históricos • Alarmas y eventos • Informes

Pantalla de monitorización de flujos energéticos: consumos. Fuente: ITE.

Proyecto S-GRID

Permiten llevar un seguimiento de la situación energética (evolución de curvas de demanda-generación, patrones, anomalías y puntos críticos...) facilitando la gestión de las instalaciones y la puesta en marcha de medidas orientadas a optimizar el balance de energía.

Sistema de Monitorización Energético y Telemando

Las funciones avanzadas son:

• Detección de anomalías : Aviso de desviaciones respecto al comportamiento energético previsto. Permite la reducción de picos energéticos y agiliza la detección de fallos y problemas de funcionamiento.

• Predicción de demanda y generación: La generación anticipada de modelos de balance de energía permite el ajuste y optimización de los flujos energéticos.

• Gestión de la demanda: con sugerencias de acciones al usuario / con acciones automatizadas: Ajuste de la curva de consumo a la curva de generación, favoreciendo en lo posible el consumo de EERR.

• Balance Energético: Equilibrio entre los diferentes flujos energéticos del sistema. Situación ideal optimización hacia balance energético cero/cercano a cero

• Integración en Red Inteligente: funcionamiento del sistema como un nodo activo dentro de la red (generación distribuida, vehículo eléctrico, consumo-generación)

GESTIÓN ENERGÉTICA AVANZADA

OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA AUTOMATIZADA MAXIMIZACIÓN DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA

Sistema de monitorización energético y telemando

Ejemplo de selección de funciones de sistemas de monitorización, control y gestión de energía para edificios, áreas y ciudades:

• I MÓDULO MONITORIZACIÓN •Monitorización energética básica local y remota. •Monitorización energética avanzada local y remota.

• II MÓDULO CONTROL •Control energético local de cada instalación de edificio. •Control energético local de cada recurso: generación o almacenamiento.

• III MÓDULO GESTIÓN •Gestión de la Demanda. •Balance Energético, balances cercanos a cero •Integración de la entidad gestionada en la Red Inteligente.

•IV MÓDULO ANÁLISIS FINANCIERO •Seguimiento económico de mejoras energéticas implantadas •Análisis económico de impacto de mejoras a implantar y retornos de inversión

Fuente: Funciones de sistema de Gestión Energética para Edificios de Balance Cero. ITE

Sistema de monitorización energético y telemando: Beneficios

Puesta en marcha de acciones directas y de mayor impacto en la optimización energética:

• Ajuste consignas de clima • Automatización de iluminación • Control de cargas • Modificaciones de conducta (seguimiento de consumos e indicadores,

concienciación) Permite:

– Reducción directa de costes energéticos, económicos y ambientales – Optimización de procesos y mejora de rendimientos. – Reducción de costes de mantenimiento. Longevidad de instalaciones.

Herramienta de apoyo a estrategias de mejora y gestión energética:

Auditorías energéticas (UNE 216501:2009 y UNE-EN 16247-1 y Directiva de EE 2012/27/UE) Detección y seguimiento de medidas de mejora energética. Medida y verificación de ahorros (IPMVP) Sistemas de gestión de energía (ISO 50.001)

5% – 10% DE AHORRO sólo con monitorización MAYORES AHORROS con control y telemando

Ámbito de Aplicación I: nZEB, Edificios de Balance Cercano a Cero, Cero o Positivo

Proyecto EBEC: Sistema de Monitorización Energético y Telemando para Edificios de Balance Energético Cero

Mejora del estado energético de edificios para alcanzar el

balance energético cero de los mismos mediante la optimización de:

CONSUMO Mejora de consumos Eficiencia energética controlada. Puntos de consumo inteligentes y controlables.

GENERACIÓN Integración controlada Fuentes de generación renovables. Sistemas de almacenamiento.

INTEGRACIÓN EN RED Nodo Activo Consume / genera – almacena energía Puede interactuar energéticamente con su entorno

“Fuente ITE. Logotipo Edificios de Balance Cero Energético”

GESTIÓN INTELIGENTE AUTOMATIZADA

GESTIÓN DE LA DEMANDA

• Sistema de Monitorización energética y telemando para áreas urbanas • Objetivo: Balance Energético Óptimo del área (cercano a cero, cero o positivo). • Gestión de la Demanda para conseguir una Mejora Energética global.

- En el funcionamiento de los Edificios y Áreas, de todas las instalaciones y recursos.

- De la Red en la que se encuentran.

DISMINUCIÓN CONSUMOS AUTOMATIZACIÓN DE MMEE.

CARGAS INTELIGENTES

INTEGRACIÓN ÚTIL EERR MAXIMIZAR RENDIMIENTO

GESTIÓN ÓPTIMA

GESTIÓN DE LA DEMANDA / BALANCE ENERGÉTICO

INTEGRACIÓN ENERGÉTICA DEL EDIFICIO EN LA RED

“Fuente ITE. Balance Energético”

Ámbito de aplicación II: Áreas de Balance Cercano a Cero, Cero o Positivo

Edificio, Infraestructura, Vecindario, Área como NODO ACTIVO DE LA RED

INTELIGENTE

Ámbito de aplicación III: Smart Grids – Automatización y gestión inteligente de las redes energéticas

Fuente ITE. Energy Balancing and Forecasting aspects in Smart Grid

Sistemas de Monitorización Energética y Telemando para gestión de Smart Grids: • Smart Metering • Operación - Generación y distribución de energía • Generación distribuida y almacenamiento energético • Mejora energética en los puntos finales de consumo - nuevos usos energéticos • Mantenimiento de activos

Fuente: ITE, Laboratorio Interoperabilidad Smart

Metering

Ámbito de aplicación III: Smart Grids – Automatización y gestión inteligente de las redes energéticas

Fuente ITE: Laboratorio de gestión de Microrredes

Las microrredes integran en una red nodos de consumo, generación, almacenamiento. Sistemas de Monitorización Energético y Telemando para su seguimiento, operación y control

Ámbito de aplicación IV: nZEB +Smart Grids + Ciudad Energéticamente Inteligente Usuario Proactivo

Fuente ITE. Nuevos usos energéticos orientados a Usuarios Conscientes y Proactivos en las Redes Inteligentes y Ciudades Energéticamente Inteligentes

Las nuevas tecnologías (entre ellas los Sistemas de Monitorización Energética y Telemando) y nuevos conceptos energéticos (nZEB, Áreas Positivas, Vehículo Eléctrico, Energías Renovables Distribuidas, Almacenamiento Distribuido, Redes Inteligentes, Ciudad Energéticamente Inteligente) pretenden conseguir un:

Usuario Consciente y Proactivo en cuanto a su actividad energética, la cual puede mejorar de manera participativa.

Arquitectura y Tecnología Complejidad tecnológica y diversidad de soluciones

• Combinación de tecnología multidisciplinar

• Modelos de datos avanzados: descripción de servicios y mecanismos tecnológicos necesarios por niveles:

• Arquitecturas de automatización multicapa.

• Interoperabilidad de soluciones.

• Integridad y seguridad de datos.

Metodologías de control inteligente: • Procesado y clasificación. • Tratamiento de datos • Predicción • Gestión de la demanda

“Zonas, Dominios y Capas en las Redes Inteligentes. Fuente SGAM”

La identificación de aspectos clave en los escenarios y necesidades a cubrir por la monitorización en entornos inteligentes, requieren soluciones de complejidad tecnológica considerable:

Arquitectura y Tecnología: Tecnología desde nivel de campo a niveles de información y decisión

• Arquitecturas dimensionales multicapa: “Modelo Piramidal de Automatización aplicado a activos energéticos” • Nivel Campo: localización de sistemas físicos. • Nivel Información: gestión de flujos de información. • Nivel Gestión: monitorización y toma de decisiones.

Ejemplo: “Arquitectura piramidal desde nivel de campo a nivel información” diseño empleado en proyectos I+D

Fuente: ITE

Ejemplo: “Solución integral de monitorización para Edificios Inteligentes o de Balance Energético Cero”.

Fuente: ITE

Módem GPRS / otros

ADSL / otros

ADQUISICIÓN DE DATOS

Diseño propio

Precio en fabricación tiradas largas

Personalización

Analizadores y contadores comerciales.

Estandarización

Uso extendido

Contadores tarifarios homologados

Integración en sistema

Contadores inteligentes

Integración en sistema

CONCENTRACIÓN Y COMUNICACIONES

Pasarela, concentradores y controladores

De diseño propio

Precio

Personalización

Industriales

Robustez

Estandarización

Embebidas

Precio

Arquitectura y Tecnología Nivel de campo e infraestructura

“Componentes y arquitectura de monitorización energética a nivel de campo. Fuente: ITE. Imágenes: varias fuentes”

Arquitectura y Tecnología: Centros de control y gestión remota energética

Sistemas Cloud especializados de interactuación heterogénea con plataformas cliente. Funcionalidades: Consolidación de funciones de

negocio en Cloud: - Recogida de datos de

campo, bidireccional. - Normalización de datos. - Post-procesado Inteligente.

Acceso heterogéneo multi-plataforma.

Ventajas:

Ejemplo: “Solución Cloud aplicada a la gestión de Activos Energéticos”. Fuente: ITE

Software como servicio (SaaS) y no como activo: reducción de costes (sin infraestructura propia, recursos compartidos) y complejidad (sin mantenimiento), facilidad de migración y alto grado de accesibilidad.

Sistemas Cloud especializados de interactuación heterogénea con plataformas cliente.

Arquitectura y Tecnología: Interfaces de Usuario Ubicuos

Funcionalidades: Tecnología multidisciplinar: Paneles

industriales, soluciones de visualización móvil, estaciones de trabajo dedicadas, etc.

Interfaces ubicuos en Web: Acceso universal para clientes localizados y deslocalizados.

Representación sistemática de la información.

Ventajas: Alta adaptabilidad a nuevas

necesidades, interoperabilidad (terceros). Junto con sistemas en Cloud, sistemas embebidos y dispositivos de campo, se cubre todo el alcance de una solución ubicua de monitorización

Interfaz de usuario sistema de gestión de alumbrado público. Sistema de Gestión ITE.

Conclusiones

Los sistemas de Monitorización Energética y Telemando son aplicables a todos los niveles en entornos urbanos, resultando imprescindibles para su gestión energética: • nZEB • Área Positivas • Redes Inteligentes • Ciudades Energéticamente Inteligentes

Los sistemas de Monitorización Energética y Telemando

permiten lograr ahorros energéticos por dos vías: • Con funciones de monitorización y concienciación de los

distintos usuarios • Con funciones de actuación y control

Conclusiones: Hacia una Ciudad Energéticamente Inteligente

Smart Cities (Fuente CE)

Líneas de trabajo ITE Tercera revolución Industrial (Fuente: Rifkin)

Redes Energéticas

Tecnología para las Smart Grids, todas las formas de energía: automatización inteligente, predicción, gestión de la demanda, interoperabilidad en la red, Generación y Almacenamiento Distribuido, gestión de activos.

1. Transición hacia las energías renovables

2. Transformación del parque de edificios en

micro centrales eléctricas que recojan y

reaprovechen in situ las energías renovables

3. Despliegue de sistemas de almacenaje

energético que permitan paliar la intermitencia

de las energías renovables

4. Uso de la tecnología para crear una red que

permita compartir/vender los excedentes de

energía

Mejora energética en edificación y uso de la energía

Edificios y Áreas de Balance Cercano a Cero, Cero o Positivo: Eficiencia, EERR integradas, tecnologías de micro-almacenamiento, predicción, gestión de la demanda y balance, gestión de activos

Movilidad y transporte

Vehículo Eléctrico, su infraestructura de carga, gestión inteligente y bidireccionalidad con la Red Inteligente.

1. Transición de la actual flota de transporte hacia vehículos de motor eléctrico.